【深度】颜色测量方法大全

颜色的测量包括光源颜色的测量与物体色的测量两大类。

物体色测量又分为荧光物体测量和非荧光物体测量。在实际生产和日常生活中，涉及到大量的非荧光物体测色。

现有的颜色测量方法有目视法、光电积分法和分光光度法三种。

（编者注：这里的“颜色测量”应该是指“获得颜色三刺激值或Lab值的方法）

1.目视法：

目视法是一种最传统的颜色测量方法。

具体做法是由标准色度观察者在特定的照明条件下对产品进行目测鉴别，并与CIE(国际照明委员会)标准色度图比较，得出颜色参数。

人的眼睛虽有优异的视觉功能，但是不能准确识别微细的色彩差异，常出现色彩判断失误。用这种方法测量的结果精度低，操作麻烦。

（编者注：可能几十年前CIE1931色度图刚出来时候，有人这样做吧，测色仪器出现后早已经绝迹了）

2.光电积分法

2.1 测量原理

现代色度学的发展为仪器客观地评价颜色奠定了基础。光电积分法是20世纪60年代仪器测色中采用的常见方法。光电积分法不是测量某一波长的色刺激值，而是在整个测量波长区间内，通过积分测量测得样品的三刺激值X、y、Z，再由此计算出样品的色品坐标等参数。通常用滤光片覆盖在探测器上，把探测器的相对光谱灵敏度S(A)修正成CIE推荐的光谱三刺激值z(A)、y(A)、z(A)。用这样的三个光探测器接收光刺激时，就能用一次积分测量出样品的三刺激值X、y、z。滤光片需满足卢瑟条件，以精确匹配光探测器。在实际的滤色修正中，由于色玻璃的品种有限，仪器不可能完全符合卢瑟条件，只能近似符合。应用部分滤光片法可使z(A)和2(A)曲线的匹配积分误差小于2％，Y(A)曲线的匹配积分误差小于0．5％。

2.2光电积分式仪器

光电积分式仪器由光源、探测器、数据处理器和输出单元四部分组成。探测器一般是三个带有修正滤光片组的光电管或大面积硅光电二极管(在要求仪器有较高灵敏度的场合下采用光电倍增管)。光电积分式仪器不能精确测量出色源的三刺激值和色品坐标，但能准确测出两个色源之间的差别，而又被称为色差计。国外色差计从上世纪60年代开始大量生产，如日本美能达台式色差仪CR一400／410、色彩色差计CR一321。我国从上世纪80年代初开始研制这类仪器，如北京光学仪器厂生产的TG—PIIG全自动测色色差计，但和国外相比，我国研制的色差计台间差较大。彩色亮度计也是一种光电积分式仪器，通过望远镜系统对远距离目标进行颜色参数测量。

3.分光光度法

3.1 测量原理

分光光度法通过测量光源的光谱功率分布或物体反射光的光谱功率，来计算颜色三刺激值，进而由此计算出各种颜色参数。它通过探测样品的光谱成分确定其颜色参数，所以精度非常高。在大多数颜色测量中常采用物体反射色测量。

3.2．测量方法

3.2．1按照光谱组成划分

按照光路组成的不同，分光光度法可分为单光束分光测色法和双光束分光测色法。

单光束分光测色法只采用一个分光器件和一个探测器。测量时，通过比较参照物和样品在同一波长上反射的单色辐射功率得出数据，采用软硬件

措施消除测量的系统误差(光源光强分布差异、光路变化、温度变化、电路漂移等)。该方法成本较低。

双光束分光测色法采用两个分光器件和两个探测器同时测量样品和参照标准，克服了系统变化带来的误差。

3.2.2根据光谱信号采集方式划分

根据光谱信号采集方式的不同，分光光度法分为光谱扫描法和光电摄谱法两种。

(1)光谱扫描法

光谱扫描法是单通道测色方法。它按一定波长间隔，采用机械扫描结构，逐个波长采集光谱信号，经信号处理后显示数据。其优点是精度较高，缺点是光路和结构复杂，测量速度慢，且波长重复性差，对光源的稳定性要求较高，受光源的不稳定性等因素影响严重，不适合在线测量。
此类仪器一般由光源、单色器、探测器、数据处理和输出装置组成，其光源一般为稳定性光源，如卤钨灯、氙灯等。
单色器是仪器的核心，分为棱镜分光式、光栅分光式和滤光片分光式等。
探测器采用光电倍增管及光电管。

(2)光电摄谱法

光电摄谱法可同时探测全波段光谱。它通过分光系统由多通道光电探测器探测待测物整个空间光谱能量的分布信息，然后将光谱信息产生的时序信号送入处理电路进行处理和计算，最后显示数据。
光电摄谱法是光谱分析技术领域中的一次革命，与使用单色仪和光电倍增管的传统光谱扫描测量系统相比有许多优点，例如测量时间极短，信噪比较高，对光源稳定性要求低，不必使用机械扫描就能获取空间分辨和时间分辨光谱，特别适用于瞬态和大数据量的光谱测量。

采用光电摄谱法的分光测色仪一般由光源、积分球、摄谱仪、信号处理电路和显示电路组成。摄谱仪由分光器件和多通道探测器组成。探测器普遍采用自扫描光电二极管阵列(SPD)、CCD器件等。

摄谱仪将待测光分光并成像，投射在探测器的光敏面上。

摄谱仪一般用光栅作为分光器件。光栅摄谱仪最初用平面光栅进行光谱扫描，结构复杂，测速慢。

随着光栅制作工艺的提高，采用人射光和谱面均位于罗兰圆上的凹面光栅1分光，提高了测色精度，但难以与迅速普及的多通道光电探测器匹配。20世纪

90年代中期的光栅摄谱仪采用全息平场凹面光栅分光，能够平面成像，且集聚色散、聚焦和准直功能于一体，称为平场摄谱仪。平场摄谱仪无需准直透镜和成像物镜，具有光学面少，结构简单、体积小和光能利用率高等优点。
(编者注：目前市场上的分光测色仪基本都是光电摄谱法)

参考资料：

《几种颜色测量方法的比较》李宏光等

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